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研究如何利用探空仪的三维定位信息反演大气背景流场，利用改进的变分伴随理论建立了三维GPS下投式探空仪测风的反演模型。首先利用流体力学的基本原理，分析基于GPS定位系统的下投式探空仪在大气背景流场中的受力情况，建立了下投式探空仪的三维运动模型。其次为了克服探空仪多参数反演的不适定性，在传统的变分伴随理论的基础上，引入了反问题的正则化思想和最优控制理论建立了改进的变分伴随理论，利用该理论构造了三维下投武探空仪反演的变分伴随模型；最后针对探空仪在Ekman背景风场中的运动进行了数值试验，数值试验结果与构造的精确解比较，结果表明利用改进的变分伴随理论构造的反演算法，有效地克服了多参数反演的不适定性。